新老混凝土结合面处理工法[建筑实用]

1、新老混凝土结合面处理工法完成单位 中国葛洲坝集团第二工程有限公司主要完成人 周厚贵 马江权 丁新中 谭明军 熊刘斌 建筑土木b目 录1、前言12、工法特点13、适用范围24、工艺原理25、施工工艺流程及操作要点26、材料与设备87、质量控制108、安全措施119、环保措施1210、效益分析1311、应用实例13新老混凝土结合面处理工法中国葛洲坝集团第二工程有限公司周厚贵 马江权 丁新中 谭明军 熊刘斌1、前 言混凝土大坝加高是在原有大坝的基础上，对其进行培厚和加高施工。在大坝加高施工过程中，除受底部混凝土或基岩约束外，还受下游坝面及坝顶老混凝土的约束。由于新老混凝土弹性模量相差较大，对新老混凝

2、土结合的质量要求高，新浇混凝土防裂要求严，因此，大坝加高施工中如何确保新老混凝土结合的质量问题，是大坝加高工程的一个关键技术问题。南水北调中线工程的关键项目湖北省丹江口电站混凝土大坝加高工程，包括原坝体下游面培厚和原坝体全面加高等。其加高施工中新老混凝土结合面处理面积十分庞大，处理难度也是前所未有的。中国葛洲坝集团第二工程有限公司在承担该项目的施工中，与南水北调中线水源公司、长江勘测规划设计研究院、西北公司丹江口大坝加高工程建设监理中心等单位密切配合，按照设计要求，深入研究有关文献，结合本工程的特点，制订出全面系统的新老混凝土结合面处理的施工工艺和质量控制措施，经监理批准后认真进行实施。在实施

3、中定期进行检查、总结，并会同业主、设计、监理共同进行评估、改进和补充。逐步形成了全面系统的大坝加高工程“新老混凝土结合面施工工法”，以此指导后续工程施工。目前运用本工法已完成丹江口混凝土大坝加高工程高程162m以下下游坝面及老坝顶面全部新老混凝土结合面施工，其合格率100%，优良率达95%以上。获得业主和监理的赞誉。2、工法特点2.1 认真凿除已碳化的老混凝土、增设键槽、锚杆、涂刷界面胶、进行接缝灌浆、有效控制混凝土浇筑温度等，以有效、可靠的改善新老混凝土结合面传力条件和传力特性，保证新老混凝土的结合质量。2.2采用初期冷却通水与中期冷却通水的方法，防止新浇混凝土产生裂缝及确保新老混凝土接缝灌

4、浆质量。2.3新老混凝土结合施工工序复杂、影响环节多，对各工序进行有效的过程控制，规范施工工艺，强化质量管理，以满足新老混凝土结合面施工质量要求。3、适用范围本工法适用于水电站混凝土大坝或其他混凝土建（构）筑物培厚加高工程。4、工艺原理4.1混凝土大坝加高施工中的新老混凝土结合问题，实际上是解决加高后的坝体整体性和坝体各部位的应力满足设计要求的问题。主要包括以下三个方面：（1）处理好新老混凝土联合受力问题；（2）妥善解决加高后的坝体和坝基应力，满足大坝安全要求；（3）尽可能减少新浇混凝土因温度应力而收缩对坝体应力产生的不利影响，避免或减少混凝土裂缝，尤其是危害性裂缝。新老混凝土结合的关键是结合

5、界面能否有效地传递和承担应力。4.2本工法主要针对新老混凝土结合面的联合受力问题，采取的技术措施及实施情况，如老混凝土面碳化层凿除、增设键槽、涂刷界面胶、周边布置锁口锚筋、内部布置砂浆锚杆、布设灌浆系统、混凝土浇筑温控、初期冷却及中期冷却等。从而有效改善了新老坝体之间的传力条件和传力特性，调整了新老混凝土坝体联合受力状态，使新浇混凝土能更好的与原坝体结合在一起。5、施工工艺流程及操作要点5.1 施工工艺流程施工准备人工切割键槽老混凝土面碳化层凿除老混凝土面锚杆施工接缝浆灌系统埋设浇筑培厚加高混凝土并加强温控（特殊部位涂刷界面胶）一期、二期冷却通水5.2 操作要点5.2.1 施工准备根据键槽设置

6、部位的结构体型，搭设简易操作平台和安全防护设施。为防止键槽突然脱落损坏新浇或原结构混凝土表面，键槽切割前，结构表面应采用砂或细骨料等材料设柔性垫层保护。5.2.2 新增键槽切割5.2.2.1新增键槽断面为不等边三角形，其短边与结合面呈水平或一定角度布置，采用锯割静裂法施工（键槽切割工艺流程见图5.2.2-1）。老混凝土表面清理盘锯固定导轨安装键槽长边切割施工安装钻孔导向器钻静力膨胀孔灌注无声爆破剂被切割的混凝土分离吊装图5.2.2-1 键槽施工流程图键槽位置及尺寸标示对所形成的槽面清理修整5.2.2.2新增键槽施工要点1）导轨安装要求牢固、无晃动。安装过程使用激光定位仪保证轨道连接的直线度。2

7、）键槽长边采用液压盘锯切割。短边使用手风钻钻孔，装无声爆破剂将被切割的三角形混凝土从结合面剥离。钻孔间距15cm为宜。为保证键槽开口的角度和尺寸，应制作钻孔导向器,控制钻孔角度。盘锯切割时，应根据键槽长边设计尺寸选用不同直径的锯片组合使用, 小直径锯片在前，大直径锯片在后,由浅至深切割，直至达到设计深度。3）无声爆破剂的膨胀与环境、温度及加水量有关。使用前，应通过钻孔试验确定最优参数与单耗。钻孔直径宜采用30mm50mm，孔距150cm300cm，单位灌注量1218kg/m3。对于有筋混凝土，应先凿除表面混凝土露出钢筋后，使用气焊将钢筋割除，再灌注无声爆破剂并适当加大孔径，减小孔距和加大单耗药

8、量。4) 无声爆破剂宜在0-45气温条件下使用，超过此范围应采用辅助手段确保正常施工。混凝土和药剂的温度控制在15，拌和水温度控制10-15为宜。5）无声爆破剂灌注前,应将孔内清理干净，不得有积水和杂物。6）无声爆破剂灌注完毕好后，应在键槽芯体分裂的方向设置警戒线，防止芯体脱落伤人。待芯体同结合面产生裂缝后即可将芯体分离，形成键槽。对键槽尺寸偏差较大的部位用人工进行修整。5.2.3 老混凝土碳化层凿除5.2.3.1由于大坝混凝土经过几十年的运行，其混凝土表面会产生不同程度的碳化层，为保证新老结合面的质量，其碳化表层必须全部凿除。凿除后的混凝土表面应显露石子（施工流程见图5.2.3-1）。图5.

9、2.3-1碳化层凿除工艺流程清理老混凝土面设置网格检验墩凿除碳化层质量检验层面清洗凿除深度不够5.2.3.2凿除老混凝土面碳化层施工要求1）在原坝体斜坡面施工时，在新设键槽切割完成后，利用键槽切割形成的台阶作为碳化层凿除的操作平台。对于在垂直面应重新搭设施工排架。2）为了便于检查凿除的深度，凿除碳化层之前，应在老混凝土表面按2m2m的网格设置面积为25m2检验墩，并用红色油漆标识。施工过程中，不得凿除，在凿除深度验收合格后，再将检验墩全部凿除。3）碳化层凿除检验采用酚酞试剂（1%的酚酞+99%的乙醇溶液，其中乙醇溶液用80%的酒精+20%的蒸馏水配制，配制好的试剂无色透明）检测，用毛刷蘸试剂涂

10、于被检测混凝土表面，若试剂变为红紫色即为合格，不变色即为不合格，需重新对检测表面补凿至合格。4）碳化层的凿除与键槽切割不得上、下同时作业，新增键槽应先于碳化层凿除，错开施工形成流水作业。5.2.4 锚杆施工5.2.4.1新老混凝土结合面应根据结构体型布设普通砂浆锚杆和锁口锚杆。坝体周边距横缝30 cm50cm布置锁口锚杆，孔距1m；其余部分设置砂浆锚杆，采用梅花型布孔，间排距2m2m为宜。锚杆施工工艺流程见图5.2.4-1。施工准备钻孔清孔锚杆孔注浆安装锚杆拉拔试验浆液制备锚杆加工、运输验收锚杆孔验收图5.2.4-1 砂浆锚杆施工工艺流程图孔位标识5.2.4.2锚杆施工要求1）钻孔孔位偏差不大

11、于10cm，孔轴线应沿结合面法线方向，偏斜偏差小于5，孔径5cm，孔深应符合设计要求，允许偏差应不大于5cm。2）砂浆锚杆注浆浆材为水泥砂浆，砂浆强度等级为C20；砂料采用最大粒径小于2.5mm的中细砂，其质地坚硬、表面清洁，砂浆配合比为水泥：砂=1：11：2，水灰比0.380.45。3）浆材应拌制均匀，随拌随用，初凝前必须使用完毕，超过初凝时间的砂浆必须废弃。4）锚杆孔注浆前，应将孔内的灰渣和水吹洗干净，孔底内残渣厚度应小于3cm，保持孔壁表面润湿。5）注浆施工环境温度可在540，在环境温度低于5施工时应采取保温措施，不允许在低于-2环境中施工。6）锚杆注浆应采用灌浆泵进行。对于水平面上的垂

12、直孔可采用人工插管注浆。7）锚杆施工宜采用“先注浆后安装锚杆”的程序施工。若采用“先安锚杆后注浆”的程序，钻头直径应比锚杆直径大25mm以上。8）对钻孔倾角大于15的锚杆孔注浆时，应将注浆管插入到距孔底1530cm的位置，自孔底开始注浆。当孔深小于3m时，可保持注浆管位置直至注浆结束；当孔深大于3m时可边注浆边提注浆管，但注浆管管口应位于孔内浆面以下10 cm20cm。对钻孔倾角小于15的锚杆孔注浆时，应在孔口采用与孔内注浆同类，但流动性小的材料封堵注浆管下方1/2范围内注浆管与孔壁之间的间隙。9）注浆结束后，应立即安装锚杆。安装锚杆时，插入速度适当，不应自由下落，防止锚杆插入过程中带入气囊。

13、对于钻孔倾角小于15的锚杆，注浆管外拔和锚杆插入过程中应采取措施防止浆液外流。10）锚杆应按设计要求安装就位，锚固长度不应小于设计锚固长度，锚杆就位后应进行固定。在浆材终凝前不得敲击、碰撞或拉拔和悬挂重物，锚杆施工完毕7d内，距锚杆作业区20m范围内不可进行爆破作业。锚杆施工完7d内，若需焊接施工，应采取专门措施保护锚杆基础不受焊接高温影响。5.2.5接缝灌浆系统埋设5.2.5.图5.2.5-1 止浆片及出浆盒埋设示意图1在新老混凝土结合面设置接缝灌浆系统，是保证新老混凝土良好结合的重要措施之一。新老混凝土结合面的灌浆设备埋设在后浇混凝土内，在处理好的老混凝土面上钻孔布设出浆盒，采用止浆片进行

14、分区，止浆片在老混凝土内切槽埋设安装。布管及止浆片埋设型式见图5.2.5-1。5.2.5.2接缝灌浆系统施工要求1）灌浆设备埋设和分区应按设计图进行，并满足规范要求。2）分层安装的灌浆系统应逐层及时做好施工记录。3）灌浆管路连接完毕后应进行加固，防止在混凝土浇筑过程中管路移位、变形或损坏。4）整个灌区形成后，应再次对灌浆系统通水复查，不合格者，应及时处理，并将通水复查情况详细记录。5）灌浆系统的外露管口均应严密封堵，妥善保护。5.2.6涂刷界面胶5.2.6.1对于老坝段部分下游垂直面或牛腿反坡面等结合面处理薄弱部位，为进一步增强新老砼结合效果，其砼表面涂刷环保型界面胶，界面胶主要技术指标见表5

15、-1。表5-1 界面胶主要技术指标表密度25初粘度25凝胶时间60适用期最短固化时305间25间51.30.5gm/cm32800mPs2340min47min3.3h1011h31h抗压强度（7天20）抗拉强度（7天20）抗弯强度（7天20）与混凝土结合力（斜剪法）抗压弹性模量抗拉剪结合力线热膨胀系数无约束线收缩系数99N/mm238 N/mm252 N/mm239 N/mm223100 N/mm218.4 N/mm22910-6m/mk0.103%5.2.6.2界面胶涂抹前，要求涂抹表面无油脂、尘埃和松散物，表层干爽不湿或略带潮；5.2.6.3涂刷可采用滚轮或涂刷方式进行，涂抹后必需在1h

16、内覆盖混凝土。涂刷面积应与混凝土浇筑速度相适应。5.2.7混凝土浇筑温度控制大坝加高工程混凝土建筑物块体尺寸较大、施工期长、暴露面多，且环境气温变化大，春季、冬季气温骤降频繁。因此在施工过程中，必须做好新浇混凝土的温控防裂工作，避免因新老混凝土温度应力不同影响其结合效果。温度控制要点如下：5.2.7.1混凝土允许浇筑温度、分层厚度及浇筑间歇期应符合设计规定和规范要求。特别是新老混凝土结合部约束区必须从严控制。5.2.7.2应根据混凝土施工配合比、气温资料、施工方法和设计允许最高温度确定浇筑块所需的浇筑温度及出机口温度。低温季节采用自然入仓温度混凝土。高温季节高温季节或较高温季节采用预冷措施拌制

17、的低温混凝土，混凝土浇筑温度控制在1214为宜。5.2.7.3降低混凝土浇筑温度的控制措施1）成品料仓骨料堆高不宜低于6m，并应有足够的储备。2）粗骨料可采用风冷、浸水、喷洒冷水等措施。采用风冷时，应采取措施防止骨料冻仓。3）为防止温度回升，堆料场、至拌和楼运输线应采取隔热、保温措施。4）缩短混凝土运输和暴露时间，混凝土运输工具采取隔热措施，采用喷雾等方法降低仓面温度，对平仓振捣后的混凝土，采用隔热材料及时覆盖。5.2.7.4降低混凝土水化热1）在满足混凝土各项指标的前提下，应采用水化热低的水泥，优化施工配合比。2）老混凝土约束部位浇筑层厚以1m2m为宜，上下层浇筑间歇时间宜为5d10d。5.

18、2.7.5在新浇混凝土内埋设冷却水管，进行初期和中期冷却。初期通水采用水温1012的制冷水或水库低温水。在混凝土浇筑收仓后12h内开始通水，黑铁管单根通水流量不小于18L/min，塑料水管单根通水流量不小于20L/min。5.2.7.6根据相关规范要求和设计对混凝土表面保护标准确定不同部位、不同条件的混凝土表面保温措施。并重点加强基础约束区、坝体上游混凝土面及其他重要结构部位的混凝土表面保护，尤其是加强预防寒潮的冲击。6、材料与设备6.1主要施工材料6.1.1砂浆锚杆材料锚杆：选用II级螺纹钢筋。当不同部位和用途的锚杆的深度、钻孔方向、孔径、锚杆的直径和材料、注浆材料等有相关要求时，应按该部位

19、设计要求执行。水泥：选用不低于32.5级普通硅酸盐水泥。砂：采用最大粒径小于2.5mm的中细砂，其质地坚硬、清洁。外加剂：外加剂品质应符合混凝土外加剂（GB8076-1997）要求，不得含有对锚杆产生腐蚀作用的成分。不同品种外加剂应分别储存，在运输与储存中不得相互混装，以避免交叉污染。6.1.2接缝灌浆材料每个灌区的灌浆系统，一般由进浆管、回浆管、升浆管或水平支管、出浆盒、排气槽、排气管以及止浆片组成。灌浆升浆管路和出浆设施采用预埋管和出浆盒方式。止浆片、出浆盒及其盖板、排气槽及其盖板的材质、规格、加工、安装均应符合设计要求。排气槽、出浆盒盖板采用镀锌铁皮制作。分区止浆片采用塑料止浆片，其型式

20、、尺寸，材料的品种规格及技术参数等，均须符合设计规定。材料进货后，应及时核查其规格型号，分类存放于室内，不得受阳光直接长时间照射。对已老化、有缺陷、损伤、孔洞等而影响其强度和防渗性能的止水材料严禁使用。灌浆管路采用25mm40mm铁管。6.1.3冷却管材料采用1英寸黑铁管，也可采用塑料、高密聚乙烯类管材。6.1.4其他材料保温材料:应根据相关设计文件要求的保温标准来选择保温材料类型和厚度，通常选用聚苯板及聚乙烯卷材。无声爆破剂:采用干粉药剂。粗颗粒药剂水灰比调节到0.220.25(重量比)为宜，细粉末药剂水灰比调节到0.32(重量比)左右为宜。界面胶：采用环保型界面胶。6.2施工主要机具见表6

21、-1。表6-1 主要机具设备表序号名称型号单位数量备注1液压盘锯系统D-LP32/DS-TS32台1喜利得2激光定位仪PM32台13电锤TE-16台14手风钻Y-28台45风镐台86灌浆泵2SNS台17搅拌桶JJS-2B台18拌浆机制浆NJ-6台17、质量控制7.1质量控制标准7.1.1所有老混凝土面碳化层应全部凿除。新增键槽位置、结构尺寸、键槽长短边方向和间距满足设计要求。7.1.2碳化层凿除应在凿除面按2m2m的网格设置，预留面积约为25m2的检验墩检测凿毛深度，经验收合格后应凿除检验墩。7.1.3碳化层凿除应重点检查碳化层是否清除、凿除深度是否满足最小值要求。质量检查标准按表7.1.3执

22、行。表7.1.3 碳化层凿除质量检查标准表序号项 目质 量 标 准备注1碳化层全部清除2凿除深度所有结合面最小凿除厚度不小于20mm3混凝土表面无破碎及松动骨料和混凝土块、残碴及污物7.1.4新增键槽应重点检查键槽位置、尺寸，键槽表面质量。新增键槽质量检查标准见表7.1.4表7.1.4 新增键槽质量检查标准表序号项 目质 量 标 准备注1键槽尺寸满足设计文件要求，轮廓误差不超过30mm。2键槽表面无机械或爆破裂隙，无残留切口或钻孔，无破碎及松动骨料及混凝土块7.1.5止浆片型式、尺寸应符合施工图纸要求，其拉伸强度、断裂伸长率及抗老化性能等均应符合设计要求；其拉伸试验应按国家标准进行。7.2质量

23、保证措施7.2.1新增键槽施工不得对原结构造成损伤，只能采用人工或机械静力切割法形成键槽。新增键槽设置断面、长短边方向和间距严格按照设计文件施工。7.2.2埋好的锚筋应予保护，3d之内不得敲击、碰撞、拉拔锚筋和悬挂重物。7.2.3每批锚杆材料均应附有生产厂家的质量证明书，应按规范规定抽检数量检验材料性能。应按规范规定在现场对浆材取样制作试块进行抗压强度试验。按规范要求进行锚杆拉拔力检验，锚杆抗拔力达不到质量要求时，按要求重新检验或采取其他处理措施。7.2.4在已完成碳化层凿除施工后的结合上进行锚杆施工时，应采取措施防止注浆污染凿除面，对已污染的结合面应重新凿毛。7.2.5止浆材料、埋设位置应满

24、足设计要求。结合面止浆片可采用抽槽植止水片，槽深30cm，槽宽10cm，止水槽可采用人工凿除或人工凿除与机械切割相结合的方法施工，止水槽施工时不应损坏止水槽轮廓以外的混凝土。7.2.6施工过程，进行严格的全面质量管理，质检部门随时对施工质量进行检查，杜绝质量事故的发生，确保质量目标的实现。7.2.7按科学化、标准化、程序化作业，实行定人、定部位、定岗施工，在岗位人员应承担岗位工作的质量责任。施工现场挂牌，写明施工区域，技术负责人及行政负责人，接受全方位、全过程的监督。7.2.8严格执行质量三级自检制度。在施工的整个过程中坚持质检员旁站制。在现场进行质量跟踪检查，加强对各道工序的专职检查，严格把

25、关，发现问题及时督促有关人员纠正。对在施工中发现的问题作好记录，达不到质量要求或工艺要求的工序不得进入到下道工序。8、安全措施8.1依照国家颁布的安全生产法规、政策，结合生产实际，组织编制项目施工安全生产技术措施。8.2认真实行标准化作业，严格按安全操作规程进行施工，严肃劳动纪律，杜绝违章指挥与违章作业，保证防护设施的投入，使安全生产建立在管理科学、技术先进、防护可靠的基础上。8.3施工现场的临时用电严格按照施工现场临时用电安全技术规范（JGJ46-2005）的有关规定执行。8.4深化安全教育，强化安全意识。施工人员上岗前必须进行安全教育和技术培训，牢记“安全第一”的宗旨，安全员坚持持证上岗。

26、8.5各种交通、施工信号标志完备，供电线路畅通、架设正确。施工现场紧张有序，施工工序有条不紊。8.6严格执行操作规程，遵守安全文明生产纪律，施工人员进入施工现场按劳保规定着装和使用安全防护用品，禁止违章作业。8.7施工用各类脚手架、吊篮、通道、爬梯、护栏、安全网等安全防护设施完善、标准、可靠，安全标志醒目。8.8超过2m的高处作业，符合高空作业的有关规定。脚手、跳板的木板，竹跳均应绑扎紧固，严禁随意搁放。较重的操作机具、工具等，严禁放在模板、排架的平台上，以防止增加荷载，影响安全。较轻的机具放置时，必须设置安全绳，不用时挂系好，以防止机具工具堕落，造成人员伤害。8.9浇筑设备用电，按用电规范配

27、置接线盘、接线板、设置漏电保护器，雨季施工时，加强线路、设备检测，防止漏电事故。8.10安全防护设施、警示标识标准化，按要求统一设计、制作各种规格并标有统一颜色标的指示、警示、孔洞盖板、格栅和防护栏杆。所有孔洞均覆盖牢固的盖板、格栅保护。施工区临空面安装可靠的防护栏杆，范围较大的临时临空区在其边缘画警戒线或安装一定数量的警示牌或张挂警示带与防护。现场加工、配电、起重、挖、装、钻等机械设备全部张挂安全操作规程牌。8.11键槽切割施工作业时，应采取有效安全保护措施，防止高空坠物。9、环保措施9.1严格遵守中华人民共和国环境保护法、中华人民共和国水污染防治法、中华人民共和国大气污染防治法、中华人民共

28、和国噪声污染防治法、中华人民共和国水土保持法、中华人民共和国森林法等一系列国家及地方颁布的各项环境保护法律、法规、条例和制度，坚持“以防为主、防治结合、综合治理、化害为利”的原则，制订环境保护和水土保持的实施方案和具体措施，确保生态环境不受破坏。9.2建立环境保护与水土保持领导小组，由生产副经理、总工程师、各部门负责人及环保与水保专职监督员组成，严格按照环境保护、水土保持措施落实各项工作，确保生态环境不受破坏。9.3施工现场所有施工机械、材料、机电设备等全部实行定置化管理，定置地一律划线挂牌，明确停放物的名称、所属单位（部门）、数量等；所有材料、设备的停放按规格、型号、专业分类，标识用标牌、字

29、形、色标均按规定统一设置。9.4施工现场设置指定的垃圾收集箱和废弃物堆放场,钻孔灌浆的施工废水，就近设沉淀、过滤箱，合格后排放。9.5对易扬尘的部位移动洒水、高噪音作业采取封闭区域、调整施工时间或降噪等措施，将噪声对环境的影响减少到最低限度。9.6加强噪声的控制和管理，合理安排施工时间，选用低噪声设备，加强机械设备的维护和保养，降低施工噪声。9.7施工弃渣和固体废弃物以国家固体废弃物污染环境防治法为依据，按要求送至指定弃渣场。遇有含有害成份的废渣，经报请当地环保部门批准，在环保人员指导下进行处理。10、效益分析本工法针对大坝或建（构）筑物加高新老混凝土结合面处理的关键技术问题，制定了新老混凝土结合面处理的相关施工程序、施工方法和控制措施内容，加快了结合面处理的工效，增强了结合面处理的可靠性，有利于促进大坝加高工程施工结合面处理技术规范化，为类似工程施工提供借鉴和参考，社会效益显著。11、应用实例湖北省丹江口大坝加高工程11.1工程概况丹江口水利枢纽初期工程坝体加高采用在斜坡面上直接贴坡培厚浇筑混凝土至原坝顶后，再开始垂直加高。其新老混凝土结合面处理主要包括：原混凝土坝表面、混凝土挡土墙新老混凝土结合部分的处理（上部铅直面、中部斜面、下部水平面）等。11.2施工情况11.2.1键槽切割丹江口大坝初期工程施工时，就考虑了后期加高的要求，原部分下游坝面均预留了梯形键